JPH0613668A - 超電導電界効果型素子およびその作製方法 - Google Patents
超電導電界効果型素子およびその作製方法Info
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- JPH0613668A JPH0613668A JP4190101A JP19010192A JPH0613668A JP H0613668 A JPH0613668 A JP H0613668A JP 4190101 A JP4190101 A JP 4190101A JP 19010192 A JP19010192 A JP 19010192A JP H0613668 A JPH0613668 A JP H0613668A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜で構成され
た超電導ソース領域２および超電導ドレイン領域３を分
離する非超電導領域50が、超電導ソース領域２および超
電導ドレイン領域３と一体に、且つＹ、Ba、CuおよびＯ
を含み、実質的に超電導性を示さない酸化物で構成され
ている。また、非超電導領域50は、上部ほど超電導ソー
ス領域２および超電導ドレイン領域３間の幅が狭くなる
形状になっている。 【効果】 非超電導領域50上に配置された超電導チャネ
ル10へ超電導電流が効率よく流入し、また、超電導チャ
ネル10から超電導電流が効率よく流出する。
た超電導ソース領域２および超電導ドレイン領域３を分
離する非超電導領域50が、超電導ソース領域２および超
電導ドレイン領域３と一体に、且つＹ、Ba、CuおよびＯ
を含み、実質的に超電導性を示さない酸化物で構成され
ている。また、非超電導領域50は、上部ほど超電導ソー
ス領域２および超電導ドレイン領域３間の幅が狭くなる
形状になっている。 【効果】 非超電導領域50上に配置された超電導チャネ
ル10へ超電導電流が効率よく流入し、また、超電導チャ
ネル10から超電導電流が効率よく流出する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導電界効果型素子
およびその作製方法に関する。より詳細には、ゲート電
極に印加する電圧により、ソース−ドレイン間を流れる
超電導電流を変調する超電導電界効果型素子の新規な構
成およびその作製方法に関する。
およびその作製方法に関する。より詳細には、ゲート電
極に印加する電圧により、ソース−ドレイン間を流れる
超電導電流を変調する超電導電界効果型素子の新規な構
成およびその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】超電導現象を利用した素子は、従来の半
導体素子に比較して高速であり、消費電力も小さく、飛
躍的に高性能化することができると考えられている。特
に近年研究が進んでいる酸化物超電導体を使用すること
により、比較的高い温度で動作する超電導素子を作製す
ることが可能である。超電導素子としては、ジョセフソ
ン素子がよく知られているが、ジョセフソン素子は２端
子の素子であるので論理回路を構成しようとすると、回
路が複雑になる。そのため、３端子の超電導素子が実用
上有利である。
導体素子に比較して高速であり、消費電力も小さく、飛
躍的に高性能化することができると考えられている。特
に近年研究が進んでいる酸化物超電導体を使用すること
により、比較的高い温度で動作する超電導素子を作製す
ることが可能である。超電導素子としては、ジョセフソ
ン素子がよく知られているが、ジョセフソン素子は２端
子の素子であるので論理回路を構成しようとすると、回
路が複雑になる。そのため、３端子の超電導素子が実用
上有利である。
【０００３】３端子の超電導素子には、近接させて配置
した超電導電極間の半導体に超電導電流を流す超電導近
接効果を利用したものと、超電導チャネルに流れる超電
導電流をゲート電極で制御するものとが代表的である。
どちらの素子も入出力の分離が可能であり、電圧制御型
の素子であって、信号の増幅作用があるという点では共
通している。しかしながら、超電導近接効果を得るため
には、超電導体電極をその超電導体のコヒーレンス長の
数倍（酸化物超電導体の場合数nm）以内の距離に配置し
なければならない。従って、非常に精密な加工が要求さ
れる。それに対し、チャネルが超電導チャネルになって
いる超電導素子は、電流密度が大きく、製造上も超電導
電極を近接させて配置するという微細加工を必要としな
い。
した超電導電極間の半導体に超電導電流を流す超電導近
接効果を利用したものと、超電導チャネルに流れる超電
導電流をゲート電極で制御するものとが代表的である。
どちらの素子も入出力の分離が可能であり、電圧制御型
の素子であって、信号の増幅作用があるという点では共
通している。しかしながら、超電導近接効果を得るため
には、超電導体電極をその超電導体のコヒーレンス長の
数倍（酸化物超電導体の場合数nm）以内の距離に配置し
なければならない。従って、非常に精密な加工が要求さ
れる。それに対し、チャネルが超電導チャネルになって
いる超電導素子は、電流密度が大きく、製造上も超電導
電極を近接させて配置するという微細加工を必要としな
い。
【０００４】図２に、超電導チャネルを有する超電導電
界効果型素子の一例の概略図を示す。図２の超電導電界
効果型素子は、基板５上に離れて配置された酸化物超電
導体による超電導ソース領域２および超電導ドレイン領
域３と、超電導ソース領域２から超電導ドレイン領域３
にかけて形成された極めて薄い酸化物超電導薄膜１によ
る超電導チャネル10と、超電導チャネル10上にゲート絶
縁層７を介して配置されたゲート電極４とを具備する。
また、超電導ソース領域２および超電導ドレイン領域３
上にはそれぞれソース電極12およびドレイン電極13が形
成されている。この超電導電界効果型素子は、ソース電
極12およびドレイン電極13から供給され、超電導ソース
領域２および超電導ドレイン電極３間の超電導チャネル
10を流れる超電導電流をゲート電極４に印加する電圧で
制御する。
界効果型素子の一例の概略図を示す。図２の超電導電界
効果型素子は、基板５上に離れて配置された酸化物超電
導体による超電導ソース領域２および超電導ドレイン領
域３と、超電導ソース領域２から超電導ドレイン領域３
にかけて形成された極めて薄い酸化物超電導薄膜１によ
る超電導チャネル10と、超電導チャネル10上にゲート絶
縁層７を介して配置されたゲート電極４とを具備する。
また、超電導ソース領域２および超電導ドレイン領域３
上にはそれぞれソース電極12およびドレイン電極13が形
成されている。この超電導電界効果型素子は、ソース電
極12およびドレイン電極13から供給され、超電導ソース
領域２および超電導ドレイン電極３間の超電導チャネル
10を流れる超電導電流をゲート電極４に印加する電圧で
制御する。
【０００５】上記の超電導電界効果型素子では、超電導
チャネル10を流れる電流をゲート電極４に印加する電圧
で制御する。そのため、超電導チャネル10のゲート部分
の厚さは５nm程度にしなければならず、また、ゲート絶
縁層７の厚さも10〜15nmにしなければならない。一方、
この極薄の超電導チャネルは、結晶性がよく、特性が優
れた酸化物超電導薄膜で構成されていなければならな
い。
チャネル10を流れる電流をゲート電極４に印加する電圧
で制御する。そのため、超電導チャネル10のゲート部分
の厚さは５nm程度にしなければならず、また、ゲート絶
縁層７の厚さも10〜15nmにしなければならない。一方、
この極薄の超電導チャネルは、結晶性がよく、特性が優
れた酸化物超電導薄膜で構成されていなければならな
い。
【０００６】また、上記の超電導電界効果型素子では、
超電導ソース領域２および超電導ドレイン領域３は、最
も厚い部分で200〜300nmの厚さに形成されている。これ
は、超電導ソース領域２および超電導ドレイン領域３と
ソース電極12およびドレイン電極13との接続を容易にす
るためである。
超電導ソース領域２および超電導ドレイン領域３は、最
も厚い部分で200〜300nmの厚さに形成されている。これ
は、超電導ソース領域２および超電導ドレイン領域３と
ソース電極12およびドレイン電極13との接続を容易にす
るためである。
【０００７】上記の超電導電界効果型素子では、上面が
斜面になっている超電導ソース領域２および超電導ドレ
イン領域３の上に超電導チャネル10を構成する薄い酸化
物超電導薄膜１が形成されている。これは、超電導ソー
ス領域２および超電導ドレイン領域３と、超電導チャネ
ル10との結合状態を改善し、超電導電流を流れやすくす
るためである。
斜面になっている超電導ソース領域２および超電導ドレ
イン領域３の上に超電導チャネル10を構成する薄い酸化
物超電導薄膜１が形成されている。これは、超電導ソー
ス領域２および超電導ドレイン領域３と、超電導チャネ
ル10との結合状態を改善し、超電導電流を流れやすくす
るためである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】そのため、上記従来の
超電導電界効果型素子では、超電導ソース領域および超
電導ドレイン領域をそれぞれ構成するｃ軸配向の酸化物
超電導薄膜の上面をエッチング加工して斜面とし、その
上にｃ軸配向の極めて薄い酸化物超電導薄膜を成膜して
いた。
超電導電界効果型素子では、超電導ソース領域および超
電導ドレイン領域をそれぞれ構成するｃ軸配向の酸化物
超電導薄膜の上面をエッチング加工して斜面とし、その
上にｃ軸配向の極めて薄い酸化物超電導薄膜を成膜して
いた。
【０００９】しかしながら、上記従来超電導電界効果型
素子は、素子表面が平坦でないのでフォトリソグラフィ
の際の解像度が低くなり、微細化が困難である。従っ
て、集積化にも限界がある。また、エッチング加工の影
響により超電導ソース領域および超電導ドレイン領域を
それぞれ構成するｃ軸配向の酸化物超電導薄膜の超電導
特性が悪化したり、表面の平滑性が失われることがあ
る。超電導ソース領域および超電導ドレイン領域の表面
が平滑でないと、その上に形成される超電導チャネルを
構成するｃ軸配向の酸化物超電導薄膜の結晶性、超電導
特性等にも問題が生ずる。さらに、超電導ソース領域お
よび超電導ドレイン領域と超電導チャネルとの間に抵抗
成分や不要なジョセフソン接合が生じることがある。
素子は、素子表面が平坦でないのでフォトリソグラフィ
の際の解像度が低くなり、微細化が困難である。従っ
て、集積化にも限界がある。また、エッチング加工の影
響により超電導ソース領域および超電導ドレイン領域を
それぞれ構成するｃ軸配向の酸化物超電導薄膜の超電導
特性が悪化したり、表面の平滑性が失われることがあ
る。超電導ソース領域および超電導ドレイン領域の表面
が平滑でないと、その上に形成される超電導チャネルを
構成するｃ軸配向の酸化物超電導薄膜の結晶性、超電導
特性等にも問題が生ずる。さらに、超電導ソース領域お
よび超電導ドレイン領域と超電導チャネルとの間に抵抗
成分や不要なジョセフソン接合が生じることがある。
【００１０】超電導ソース領域および超電導ドレイン領
域の超電導特性が悪かったり、超電導チャネルの結晶
性、超電導特性等に問題がある超電導電界効果型素子の
特性は、安定せず、実用的でない。そこで本発明の目的
は、上記従来技術の問題点を解決した超電導電界効果型
素子およびその作製方法を提供することにある。
域の超電導特性が悪かったり、超電導チャネルの結晶
性、超電導特性等に問題がある超電導電界効果型素子の
特性は、安定せず、実用的でない。そこで本発明の目的
は、上記従来技術の問題点を解決した超電導電界効果型
素子およびその作製方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明に従うと、基板上
で、酸化物超電導体で構成された超電導ソース領域およ
び超電導ドレイン領域と、該超電導ソース領域および超
電導ドレイン領域間に配置され、極めて薄い酸化物超電
導体層で構成された超電導チャネルと、該超電導チャネ
ル上にゲート絶縁層を介して配置され、該超電導チャネ
ルを流れる電流を制御するためのゲート電圧が印加され
るゲート電極とを備える超電導電界効果型素子におい
て、前記超電導ソース領域および超電導ドレイン領域
が、中央部付近に前記超電導ソース領域および超電導ド
レイン領域を分離する非超電導領域を含む一体の酸化物
超電導体層で構成され、該非超電導領域上に超電導チャ
ネルが配置され、前記非超電導領域が、酸化物超電導体
と等しい構成元素を含み、実質的に超電導性を示さない
非超電導酸化物で構成され、上部に向かって超電導ソー
ス領域および超電導ドレイン領域間の幅が徐々に小さく
なる形状であることを特徴とする超電導電界効果型素子
が提供される。
で、酸化物超電導体で構成された超電導ソース領域およ
び超電導ドレイン領域と、該超電導ソース領域および超
電導ドレイン領域間に配置され、極めて薄い酸化物超電
導体層で構成された超電導チャネルと、該超電導チャネ
ル上にゲート絶縁層を介して配置され、該超電導チャネ
ルを流れる電流を制御するためのゲート電圧が印加され
るゲート電極とを備える超電導電界効果型素子におい
て、前記超電導ソース領域および超電導ドレイン領域
が、中央部付近に前記超電導ソース領域および超電導ド
レイン領域を分離する非超電導領域を含む一体の酸化物
超電導体層で構成され、該非超電導領域上に超電導チャ
ネルが配置され、前記非超電導領域が、酸化物超電導体
と等しい構成元素を含み、実質的に超電導性を示さない
非超電導酸化物で構成され、上部に向かって超電導ソー
ス領域および超電導ドレイン領域間の幅が徐々に小さく
なる形状であることを特徴とする超電導電界効果型素子
が提供される。
【００１２】また、本発明では、基板上で、酸化物超電
導体で構成された超電導ソース領域および超電導ドレイ
ン領域と、該超電導ソース領域および超電導ドレイン領
域間に配置され、極めて薄い酸化物超電導体層で構成さ
れた超電導チャネルと、該超電導チャネル上にゲート絶
縁層を介して配置され、該超電導チャネルを流れる電流
を制御するためのゲート電圧が印加されるゲート電極と
を備える超電導電界効果型素子を作製する方法におい
て、基板上に酸化物超電導薄膜を成膜し、この酸化物超
電導薄膜の中央部付近にイオン注入を行って該部分の超
電導性を実質的に喪失させて非超電導領域を形成し、該
非超電導領域が形成された酸化物超電導薄膜上に再度酸
化物超電導薄膜を成膜し、この酸化物超電導薄膜の、下
層の酸化物超電導薄膜の非超電導領域上の部分の下層の
酸化物超電導薄膜の非超電導領域より狭い領域にイオン
注入を行って該部分の超電導性を実質的に喪失させて非
超電導領域を形成する工程を繰り返し、上部にいくに従
い超電導ソース領域および超電導ドレイン領域間の幅が
徐々に小さくなる形状の非超電導領域で分離された超電
導ソース領域および超電導ドレイン領域を形成する工程
を含むことを特徴とする超電導電界効果型素子の作製方
法が提供される。
導体で構成された超電導ソース領域および超電導ドレイ
ン領域と、該超電導ソース領域および超電導ドレイン領
域間に配置され、極めて薄い酸化物超電導体層で構成さ
れた超電導チャネルと、該超電導チャネル上にゲート絶
縁層を介して配置され、該超電導チャネルを流れる電流
を制御するためのゲート電圧が印加されるゲート電極と
を備える超電導電界効果型素子を作製する方法におい
て、基板上に酸化物超電導薄膜を成膜し、この酸化物超
電導薄膜の中央部付近にイオン注入を行って該部分の超
電導性を実質的に喪失させて非超電導領域を形成し、該
非超電導領域が形成された酸化物超電導薄膜上に再度酸
化物超電導薄膜を成膜し、この酸化物超電導薄膜の、下
層の酸化物超電導薄膜の非超電導領域上の部分の下層の
酸化物超電導薄膜の非超電導領域より狭い領域にイオン
注入を行って該部分の超電導性を実質的に喪失させて非
超電導領域を形成する工程を繰り返し、上部にいくに従
い超電導ソース領域および超電導ドレイン領域間の幅が
徐々に小さくなる形状の非超電導領域で分離された超電
導ソース領域および超電導ドレイン領域を形成する工程
を含むことを特徴とする超電導電界効果型素子の作製方
法が提供される。
【００１３】
【作用】本発明の超電導電界効果型素子は、中央部付近
に超電導領域を分離する非超電導領域を備える酸化物超
電導体層で超電導ソース領域および超電導ドレイン領域
が構成されている。この非超電導領域は、上部にいくに
従い超電導ソース領域および超電導ドレイン領域間の幅
が徐々に小さくなる形状をしている。本発明の超電導電
界効果型素子は、非超電導領域が上部にいくに従い徐々
に幅が狭くなる形状をしているので、超電導ソース領域
および超電導ドレイン領域間を流れる超電導電流が、上
側に配置された超電導チャネルに流れ込みやすく、効率
が高い。また、超電導ソース領域および超電導ドレイン
領域の間隔を、特に下部において大きくすることができ
るので、ソース・ドレイン耐圧が向上している。
に超電導領域を分離する非超電導領域を備える酸化物超
電導体層で超電導ソース領域および超電導ドレイン領域
が構成されている。この非超電導領域は、上部にいくに
従い超電導ソース領域および超電導ドレイン領域間の幅
が徐々に小さくなる形状をしている。本発明の超電導電
界効果型素子は、非超電導領域が上部にいくに従い徐々
に幅が狭くなる形状をしているので、超電導ソース領域
および超電導ドレイン領域間を流れる超電導電流が、上
側に配置された超電導チャネルに流れ込みやすく、効率
が高い。また、超電導ソース領域および超電導ドレイン
領域の間隔を、特に下部において大きくすることができ
るので、ソース・ドレイン耐圧が向上している。
【００１４】本発明の超電導電界効果型素子において、
上記の非超電導領域は、酸化物超電導体と等しい構成元
素を含み、実質的に超電導性を示さない非超電導酸化物
で構成されている。具体的には、この非超電導酸化物は
不純物を含む酸化物超電導体であり、実質的に超電導性
を示さない酸化物が好ましい。実質的に、超電導性を示
さないという意味は、本発明の超電導電界効果型素子が
動作する温度では、超電導性を示さず、非超電導体の挙
動を示すことが実現できれば十分である。
上記の非超電導領域は、酸化物超電導体と等しい構成元
素を含み、実質的に超電導性を示さない非超電導酸化物
で構成されている。具体的には、この非超電導酸化物は
不純物を含む酸化物超電導体であり、実質的に超電導性
を示さない酸化物が好ましい。実質的に、超電導性を示
さないという意味は、本発明の超電導電界効果型素子が
動作する温度では、超電導性を示さず、非超電導体の挙
動を示すことが実現できれば十分である。
【００１５】また、本発明の超電導電界効果型素子は、
超電導チャネル、超電導ソース領域および超電導ドレイ
ン領域の上面が平坦で連続しているので、ソース電極、
ドレイン電極、ゲート電極の形成や、各電極への配線の
形成が行い易い。特に位置、大きさを厳密に制御しなけ
ればならないゲート絶縁層およびゲート電極を作製する
際のフォトレジストの解像度が向上し、微細加工が可能
となる。また、これらの電極、絶縁層を作製するための
成膜も容易に行える。
超電導チャネル、超電導ソース領域および超電導ドレイ
ン領域の上面が平坦で連続しているので、ソース電極、
ドレイン電極、ゲート電極の形成や、各電極への配線の
形成が行い易い。特に位置、大きさを厳密に制御しなけ
ればならないゲート絶縁層およびゲート電極を作製する
際のフォトレジストの解像度が向上し、微細加工が可能
となる。また、これらの電極、絶縁層を作製するための
成膜も容易に行える。
【００１６】一方、本発明においては、上記本発明の超
電導電界効果型素子を作製する方法が提供される。本発
明の方法では、酸化物超電導薄膜を成膜し、その中央部
にイオンを注入してその部分を実質的に非超電導体とす
る工程を繰り返し、非超電導領域で分離された超電導ソ
ース領域および超電導ドレイン領域を形成する。酸化物
超電導薄膜へのイオン注入は、イオンビームを酸化物超
電導薄膜に対して相対的に走査する等の方法により、非
超電導体となる部分が下層ほど幅広く、上層ほど狭くな
るように行う。このようにして、上部にいくに従い超電
導ソース領域および超電導ドレイン領域間の幅が徐々に
小さくなる形状の非超電導領域を形成する。
電導電界効果型素子を作製する方法が提供される。本発
明の方法では、酸化物超電導薄膜を成膜し、その中央部
にイオンを注入してその部分を実質的に非超電導体とす
る工程を繰り返し、非超電導領域で分離された超電導ソ
ース領域および超電導ドレイン領域を形成する。酸化物
超電導薄膜へのイオン注入は、イオンビームを酸化物超
電導薄膜に対して相対的に走査する等の方法により、非
超電導体となる部分が下層ほど幅広く、上層ほど狭くな
るように行う。このようにして、上部にいくに従い超電
導ソース領域および超電導ドレイン領域間の幅が徐々に
小さくなる形状の非超電導領域を形成する。
【００１７】上記本発明の方法では、薄い酸化物超電導
薄膜の一部にイオン注入を行ってその部分を非超電導酸
化物にする。酸化物超電導薄膜は薄いので、イオンの注
入エネルギを大きくする必要がなく、そのため酸化物超
電導薄膜の表面が劣化しない。また、酸化物超電導薄膜
の成膜とイオン注入とは連続して繰り返し行うことがで
きるので、積層されるそれぞれの酸化物超電導薄膜の表
面が劣化することがない。また、本発明の方法では、エ
ッチングを行わないで、斜面を有する非超電導領域で分
離された超電導ソース領域および超電導ドレイン領域を
形成することが可能である。従って、エッチングにより
非超電導領域、超電導ソース領域および超電導ドレイン
領域の表面が劣化することがない。そのため、非超電導
領域、超電導ソース領域および超電導ドレイン領域上に
形成する、超電導チャネルを構成する極薄の酸化物超電
導薄膜の結晶性、超電導性、平坦性、平滑性等が優れた
ものとなる。
薄膜の一部にイオン注入を行ってその部分を非超電導酸
化物にする。酸化物超電導薄膜は薄いので、イオンの注
入エネルギを大きくする必要がなく、そのため酸化物超
電導薄膜の表面が劣化しない。また、酸化物超電導薄膜
の成膜とイオン注入とは連続して繰り返し行うことがで
きるので、積層されるそれぞれの酸化物超電導薄膜の表
面が劣化することがない。また、本発明の方法では、エ
ッチングを行わないで、斜面を有する非超電導領域で分
離された超電導ソース領域および超電導ドレイン領域を
形成することが可能である。従って、エッチングにより
非超電導領域、超電導ソース領域および超電導ドレイン
領域の表面が劣化することがない。そのため、非超電導
領域、超電導ソース領域および超電導ドレイン領域上に
形成する、超電導チャネルを構成する極薄の酸化物超電
導薄膜の結晶性、超電導性、平坦性、平滑性等が優れた
ものとなる。
【００１８】さらに、本発明の方法では、上記の非超電
導領域の斜面の傾斜角をソース領域側およびドレイン領
域側で異なる最適な値とすることが容易である。また、
非超電導領域の斜面の傾斜角を広い範囲から選択するこ
とができる。従って、本発明の方法では、非超電導領域
を形成するプロセスにおける自由度が大きい。
導領域の斜面の傾斜角をソース領域側およびドレイン領
域側で異なる最適な値とすることが容易である。また、
非超電導領域の斜面の傾斜角を広い範囲から選択するこ
とができる。従って、本発明の方法では、非超電導領域
を形成するプロセスにおける自由度が大きい。
【００１９】本発明の超電導電界効果型素子には、任意
の酸化物超電導体が使用できるが、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X系酸
化物超電導体は安定的に高品質の結晶性のよい薄膜が得
られるので好ましい。また、Bi2Sr2Ca2Cu3Ｏx 系酸化物
超電導体は、特にその超電導臨界温度Ｔc が高いので好
ましい。
の酸化物超電導体が使用できるが、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X系酸
化物超電導体は安定的に高品質の結晶性のよい薄膜が得
られるので好ましい。また、Bi2Sr2Ca2Cu3Ｏx 系酸化物
超電導体は、特にその超電導臨界温度Ｔc が高いので好
ましい。
【００２０】以下、本発明を実施例によりさらに詳しく
説明するが、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲をなんら制限するものではな
い。
説明するが、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲をなんら制限するものではな
い。
【００２１】
【実施例】図１(a)〜(i)は、本発明の超電導電界効果型
素子を本発明の方法で作製する工程を説明するための断
面図である。最初に、図１(a)に示すよう、SrTiＯ3（１
００）基板５上に、ＭＢＥ法によりPr1Ba2Cu3Ｏ7-y薄膜
15を成膜する。Pr1Ba2Cu3Ｏ7-y薄膜15は、基板温度約80
0℃で厚さ約20nmに成膜する。Pr1Ba2Cu3Ｏ7-y薄膜15を
基板５上に成膜すると、その上に成膜する酸化物超電導
薄膜を構成する酸化物超電導体結晶のCu−Ｏ面が完全な
状態になり、酸化物超電導薄膜の実質的な電流密度が向
上する。この効果のために好ましいPr1Ba2Cu3Ｏ7-y薄膜
15の厚さは、10〜30nmで、Pr1Ba2Cu3Ｏ7-y薄膜15は、Pr
1Ba2Cu3Ｏ7-y結晶の単位格子が積層されている構成であ
る必要がある。Pr1Ba2Cu3Ｏ7-y薄膜15の厚さが、10nmに
満たない場合は、Pr1Ba2Cu3Ｏ7-y結晶の単位格子が形成
されないので上記の効果がなく、30nmを越えてもその効
果は変わらない。
素子を本発明の方法で作製する工程を説明するための断
面図である。最初に、図１(a)に示すよう、SrTiＯ3（１
００）基板５上に、ＭＢＥ法によりPr1Ba2Cu3Ｏ7-y薄膜
15を成膜する。Pr1Ba2Cu3Ｏ7-y薄膜15は、基板温度約80
0℃で厚さ約20nmに成膜する。Pr1Ba2Cu3Ｏ7-y薄膜15を
基板５上に成膜すると、その上に成膜する酸化物超電導
薄膜を構成する酸化物超電導体結晶のCu−Ｏ面が完全な
状態になり、酸化物超電導薄膜の実質的な電流密度が向
上する。この効果のために好ましいPr1Ba2Cu3Ｏ7-y薄膜
15の厚さは、10〜30nmで、Pr1Ba2Cu3Ｏ7-y薄膜15は、Pr
1Ba2Cu3Ｏ7-y結晶の単位格子が積層されている構成であ
る必要がある。Pr1Ba2Cu3Ｏ7-y薄膜15の厚さが、10nmに
満たない場合は、Pr1Ba2Cu3Ｏ7-y結晶の単位格子が形成
されないので上記の効果がなく、30nmを越えてもその効
果は変わらない。
【００２２】また、基板５には本実施例ではSrTiＯ
3（１００）基板を使用したが、他にもMgＯ（１００）
基板、ＹＳＺ基板等が使用可能である。
3（１００）基板を使用したが、他にもMgＯ（１００）
基板、ＹＳＺ基板等が使用可能である。
【００２３】次に、図１(b)に示すよう、Pr1Ba2Cu3Ｏ
7-y薄膜15上に、ｃ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電
導薄膜21を同じくＭＢＥ法で成膜する。Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X
酸化物超電導薄膜21は、基板温度約700℃で厚さ約50nm
に成膜する。また、基板温度を変更し、Pr蒸発源をＹ蒸
発源に切り替えることで、Pr1Ba2Cu3Ｏ7-y薄膜15に連続
して成膜することが好ましい。
7-y薄膜15上に、ｃ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電
導薄膜21を同じくＭＢＥ法で成膜する。Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X
酸化物超電導薄膜21は、基板温度約700℃で厚さ約50nm
に成膜する。また、基板温度を変更し、Pr蒸発源をＹ蒸
発源に切り替えることで、Pr1Ba2Cu3Ｏ7-y薄膜15に連続
して成膜することが好ましい。
【００２４】このＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜21の
中央部付近に集束イオンビーム装置を使用して、注入エ
ネルギ50ｋeVでGaイオンを注入し、図１(c)に示すよう
非超電導部51を形成する。非超電導部51は、イオンビー
ムを走査するか、または、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導
薄膜21を形成した基板５を走査して、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸
化物超電導薄膜21の超電導領域が非超電導部51により完
全に２分割されるよう形成する。また、集束イオンビー
ムガンを備えるＭＢＥ装置を使用して、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X
酸化物超電導薄膜21の成膜に連続してイオン注入を行う
ことが好ましい。イオンの注入エネルギは、30〜100ｋe
Vが好ましい。30ｋeV以下の注入エネルギでは、非超電
導部が完全に形成されず、100ｋeVを越える注入エネル
ギでは、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜21の表面が荒
れて、劣化するためである。
中央部付近に集束イオンビーム装置を使用して、注入エ
ネルギ50ｋeVでGaイオンを注入し、図１(c)に示すよう
非超電導部51を形成する。非超電導部51は、イオンビー
ムを走査するか、または、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導
薄膜21を形成した基板５を走査して、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸
化物超電導薄膜21の超電導領域が非超電導部51により完
全に２分割されるよう形成する。また、集束イオンビー
ムガンを備えるＭＢＥ装置を使用して、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X
酸化物超電導薄膜21の成膜に連続してイオン注入を行う
ことが好ましい。イオンの注入エネルギは、30〜100ｋe
Vが好ましい。30ｋeV以下の注入エネルギでは、非超電
導部が完全に形成されず、100ｋeVを越える注入エネル
ギでは、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜21の表面が荒
れて、劣化するためである。
【００２５】続いて、非超電導部51を形成したＹ1Ba2Cu
3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜21上に、図１(d)に示すようｃ
軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜22を成膜す
る。Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜22は、Ｙ1Ba2Cu3
Ｏ7-X酸化物超電導薄膜21と同様に、基板温度700℃で50
nmの厚さに成膜する。Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜
22を成膜したら、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜21と
同様に、集束イオンビーム装置を使用して、注入エネル
ギ50ｋeVでGaイオンを注入し、図１(e)に示すよう非超
電導部52を形成する。非超電導部52は、非超電導51より
も狭い幅に形成する。
3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜21上に、図１(d)に示すようｃ
軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜22を成膜す
る。Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜22は、Ｙ1Ba2Cu3
Ｏ7-X酸化物超電導薄膜21と同様に、基板温度700℃で50
nmの厚さに成膜する。Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜
22を成膜したら、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜21と
同様に、集束イオンビーム装置を使用して、注入エネル
ギ50ｋeVでGaイオンを注入し、図１(e)に示すよう非超
電導部52を形成する。非超電導部52は、非超電導51より
も狭い幅に形成する。
【００２６】以上のように、ｃ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X
酸化物超電導薄膜の成膜およびイオン注入による非超電
導部の形成を繰り返し、図１(f)に示すよう、上部にい
くに従い徐々に幅が狭くなる非超電導領域50で分割され
たＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体層による超電導ソース
領域２および超電導ドレイン領域３を形成する。本実施
例では、厚さ50nmのＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜を
４回成膜し、厚さ200nmの超電導ソース領域２および超
電導ドレイン領域３を形成した。
酸化物超電導薄膜の成膜およびイオン注入による非超電
導部の形成を繰り返し、図１(f)に示すよう、上部にい
くに従い徐々に幅が狭くなる非超電導領域50で分割され
たＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体層による超電導ソース
領域２および超電導ドレイン領域３を形成する。本実施
例では、厚さ50nmのＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜を
４回成膜し、厚さ200nmの超電導ソース領域２および超
電導ドレイン領域３を形成した。
【００２７】上記の工程において、各ｃ軸配向のＹ1Ba2
Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜の厚さは、30〜70nmが好まし
い。各Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜の厚さが30nm未
満の場合には、超電導ソース領域および超電導ドレイン
領域を構成するために積層するＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超
電導薄膜の数が多くなるので生産効率が低くなる。ま
た、各Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜の厚さが70nmを
越える場合には、非超電導領域50の斜面がスムーズにな
らない。さらに、非超電導部を形成するのに必要なイオ
ン注入のエネルギが大きくなるので、各Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X
酸化物超電導薄膜の表面が劣化するおそれがある。
Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜の厚さは、30〜70nmが好まし
い。各Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜の厚さが30nm未
満の場合には、超電導ソース領域および超電導ドレイン
領域を構成するために積層するＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超
電導薄膜の数が多くなるので生産効率が低くなる。ま
た、各Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜の厚さが70nmを
越える場合には、非超電導領域50の斜面がスムーズにな
らない。さらに、非超電導部を形成するのに必要なイオ
ン注入のエネルギが大きくなるので、各Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X
酸化物超電導薄膜の表面が劣化するおそれがある。
【００２８】続いて、図１(g)に示すように、非超電導
領域50、超電導ソース領域２および超電導ドレイン領域
３上に厚さ約５nmの極薄のｃ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸
化物超電導薄膜１を成膜する。Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超
電導薄膜１の非超電導領域50上の部分は超電導チャネル
10になる。超電導チャネル10上に、図１(h)に示すようS
rTiＯ3でゲート絶縁層７を、また、ゲート絶縁層７上に
Auによりゲート電極４を形成する。ゲート絶縁層７およ
びゲート電極４は、超電導チャネル10の長さよりも十分
長いことが好ましい。
領域50、超電導ソース領域２および超電導ドレイン領域
３上に厚さ約５nmの極薄のｃ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸
化物超電導薄膜１を成膜する。Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超
電導薄膜１の非超電導領域50上の部分は超電導チャネル
10になる。超電導チャネル10上に、図１(h)に示すようS
rTiＯ3でゲート絶縁層７を、また、ゲート絶縁層７上に
Auによりゲート電極４を形成する。ゲート絶縁層７およ
びゲート電極４は、超電導チャネル10の長さよりも十分
長いことが好ましい。
【００２９】最後に、図１(i)に示すよう、酸化物超電
導薄膜１の超電導ソース領域２および超電導ドレイン領
域３上の部分に、それぞれソース電極12およびドレイン
電極13をAuで形成して本発明の超電導電界効果型素子が
完成する。
導薄膜１の超電導ソース領域２および超電導ドレイン領
域３上の部分に、それぞれソース電極12およびドレイン
電極13をAuで形成して本発明の超電導電界効果型素子が
完成する。
【００３０】本発明の方法で、本発明の超電導電界効果
型素子を作製すると、酸化物超電導薄膜のエッチング等
による加工が一切不要である。従って、エッチングによ
り酸化物超電導薄膜が劣化し、超電導電界効果型素子の
特性が低下することがない。また、上記本発明の超電導
電界効果型素子では、超電導ソース領域２および超電導
ドレイン領域３は、ｃ軸配向の酸化物超電導薄膜で構成
されているが、非超電導領域50が、上部にいくに従い徐
々に幅が狭くなる形状であるので、超電導電流は効率よ
く超電導チャネル10に流入し、また、超電導チャネル10
から流出する。さらに、超電導チャネル10、超電導ソー
ス領域２および超電導ドレイン領域３は、いずれもｃ軸
配向の酸化物超電導薄膜で構成されているので、超電導
チャネル10と、超電導ソース領域２および超電導ドレイ
ン領域３との間に結晶粒界が存在することがない。従っ
て、超電導チャネル10と、超電導ソース領域２および超
電導ドレイン領域３との間に不要なジョセフソン接合や
抵抗成分が存在しない。
型素子を作製すると、酸化物超電導薄膜のエッチング等
による加工が一切不要である。従って、エッチングによ
り酸化物超電導薄膜が劣化し、超電導電界効果型素子の
特性が低下することがない。また、上記本発明の超電導
電界効果型素子では、超電導ソース領域２および超電導
ドレイン領域３は、ｃ軸配向の酸化物超電導薄膜で構成
されているが、非超電導領域50が、上部にいくに従い徐
々に幅が狭くなる形状であるので、超電導電流は効率よ
く超電導チャネル10に流入し、また、超電導チャネル10
から流出する。さらに、超電導チャネル10、超電導ソー
ス領域２および超電導ドレイン領域３は、いずれもｃ軸
配向の酸化物超電導薄膜で構成されているので、超電導
チャネル10と、超電導ソース領域２および超電導ドレイ
ン領域３との間に結晶粒界が存在することがない。従っ
て、超電導チャネル10と、超電導ソース領域２および超
電導ドレイン領域３との間に不要なジョセフソン接合や
抵抗成分が存在しない。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に従えば、
新規な構成の超電導電界効果型素子およびその作製方法
が提供される。本発明の超電導電界効果型素子は、超電
導ソース領域および超電導ドレイン領域間の非超電導領
域が適正な形状をしているので、超電導電流が効率よく
流れる。
新規な構成の超電導電界効果型素子およびその作製方法
が提供される。本発明の超電導電界効果型素子は、超電
導ソース領域および超電導ドレイン領域間の非超電導領
域が適正な形状をしているので、超電導電流が効率よく
流れる。
【００３２】また、本発明の方法では、本発明の超電導
電界効果型素子を酸化物超電導薄膜をエッチング加工し
ないで作製できるので、特性が安定し、優れた超電導電
界効果型素子が再現性よく作製可能である。
電界効果型素子を酸化物超電導薄膜をエッチング加工し
ないで作製できるので、特性が安定し、優れた超電導電
界効果型素子が再現性よく作製可能である。
【図１】本発明の超電導電界効果型素子を本発明の方法
で作製する工程を説明する概略断面図である。
で作製する工程を説明する概略断面図である。
【図２】従来の超電導電界効果型素子の概略断面図であ
る。
る。
１、21、22 酸化物超電導薄膜 ２ 超電導ソース領域 ３ 超電導ドレイン領域 ４ ゲート電極 ７ ゲート絶縁層 10 超電導チャネル
Claims (2)
- 【請求項１】 基板上で、酸化物超電導体で構成された
超電導ソース領域および超電導ドレイン領域と、該超電
導ソース領域および超電導ドレイン領域間に配置され、
極めて薄い酸化物超電導体層で構成された超電導チャネ
ルと、該超電導チャネル上にゲート絶縁層を介して配置
され、該超電導チャネルを流れる電流を制御するための
ゲート電圧が印加されるゲート電極とを備える超電導電
界効果型素子において、前記超電導ソース領域および超
電導ドレイン領域が、中央部付近に前記超電導ソース領
域および超電導ドレイン領域を分離する非超電導領域を
含む一体の酸化物超電導体層で構成され、該非超電導領
域上に超電導チャネルが配置され、前記非超電導領域
が、酸化物超電導体と等しい構成元素を含み、実質的に
超電導性を示さない非超電導酸化物で構成され、上部に
向かって超電導ソース領域および超電導ドレイン領域間
の幅が徐々に小さくなる形状であることを特徴とする超
電導電界効果型素子。 - 【請求項２】 基板上で、酸化物超電導体で構成された
超電導ソース領域および超電導ドレイン領域と、該超電
導ソース領域および超電導ドレイン領域間に配置され、
極めて薄い酸化物超電導体層で構成された超電導チャネ
ルと、該超電導チャネル上にゲート絶縁層を介して配置
され、該超電導チャネルを流れる電流を制御するための
ゲート電圧が印加されるゲート電極とを備える超電導電
界効果型素子を作製する方法において、基板上に酸化物
超電導薄膜を成膜し、この酸化物超電導薄膜の中央部付
近にイオン注入を行って該部分の超電導性を実質的に喪
失させて非超電導領域を形成し、該非超電導領域が形成
された酸化物超電導薄膜上に再度酸化物超電導薄膜を成
膜し、この酸化物超電導薄膜の、下層の酸化物超電導薄
膜の非超電導領域上の部分の下層の酸化物超電導薄膜の
非超電導領域より狭い領域にイオン注入を行って該部分
の超電導性を実質的に喪失させて非超電導領域を形成す
る工程を繰り返し、上部にいくに従い超電導ソース領域
および超電導ドレイン領域間の幅が徐々に小さくなる形
状の非超電導領域で分離された超電導ソース領域および
超電導ドレイン領域を形成する工程を含むことを特徴と
する超電導電界効果型素子の作製方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4190101A JPH0613668A (ja) | 1992-06-24 | 1992-06-24 | 超電導電界効果型素子およびその作製方法 |
| DE69316092T DE69316092T2 (de) | 1992-06-24 | 1993-06-24 | Verfahren zur Herstellung einer supraleitenden Einrichtung mit einem supraleitenden Kanal aus oxidisch supraleitendem Material |
| US08/080,844 US5594257A (en) | 1992-06-24 | 1993-06-24 | Superconducting device having a superconducting channel formed of oxide superconductor material and method for manufacturing the same |
| EP93401627A EP0576363B1 (en) | 1992-06-24 | 1993-06-24 | Method of manufacturing a superconducting device having a superconducting channel formed of oxide superconductor material |
| CA002099640A CA2099640A1 (en) | 1992-06-24 | 1993-06-24 | Superconducting device having a superconducting channel formed of oxide superconductor material and method for manufacturing the same |
| US08/726,601 US5817531A (en) | 1992-06-24 | 1996-10-07 | Superconducting device having a superconducting channel formed of oxide superconductor material and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4190101A JPH0613668A (ja) | 1992-06-24 | 1992-06-24 | 超電導電界効果型素子およびその作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0613668A true JPH0613668A (ja) | 1994-01-21 |
Family
ID=16252396
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4190101A Withdrawn JPH0613668A (ja) | 1992-06-24 | 1992-06-24 | 超電導電界効果型素子およびその作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0613668A (ja) |
-
1992
- 1992-06-24 JP JP4190101A patent/JPH0613668A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990831 |